Ядро в Linux

Ядро операционной системы UNIX

Архитектура операционной системы UNIX

Важную часть системных программ составляют демоны. Демон - это процесс, выполняющий определенную функцию в системе, который запускается при старте системы и не связан ни с одним пользовательским терминалом. Демоны предоставляют пользователям определенные сервисы, примерами которых могут служить системный журнал, веб-сервер и т. п. Аналогом демонов в операционной системе Windows NT и более поздних версиях являются системные службы.

Операционная система UNIX обладает классическим монолитным ядром, в котором можно выделить следующие основные части:

Файловая подсистема: Доступ к структурам ядра осуществляется через файловый интерфейс.

Управление процессами: Сюда входит управление параллельным выполнением процессов (планирование и диспетчеризация), виртуальной памятью процесса и взаимодействием между процессами (сигналы, очереди сообщений и т. п.).

Драйверы устройств: Драйверы устройств делятся на символьные и блочные по типу внешнего устройства. Для каждого из устройств определен набор возможных операций (открытие, чтение и т. д.). Блочные устройства кэшируются с помощью специального внутреннего механизма управления буферами. Подробнее об этом сказано в разделе «Устройства и драйверы».

Благодаря тому, что в UNIX аппаратно-независимая часть отделена явно, операционные системы этого семейства могут быть с минимальными затратами перенесены на новые аппаратные платформы.

Видно, что ядро операционной системы UNIX является классическим для многозадачной многопользовательской операционной системы.

Команда разработчиков - более или менее неформальное объединение. И теоретически каждый желающий имеет шанс принять участие в разработке ядра путем посылки своих дополнений (patch). Хотя практически все эти патчи проходят многоступенчатый отбор, прежде чем попасть к самому Линусу, который и принимает окончательное решение - включать их в официальную версию ядра, или нет.

Бытует мнение, что ядро Linux - одно-единственное. Это правда, но не вся правда. Действительно, ядро Линуса - каноническое. Однако практически, кроме текущей его ветки (в настоящее время - 2.6), в которой периодически выходят новые версии (2.6.X) в каждый момент времени развивается и дополняется минимум одна предшествующая ветка (на данный момент 2.4). А одна из еще более старых веток (ныне - 2.2) поддерживается на уровне исправления ошибок. Ошибки, разумеется, имеют место быть и в текущей ветке, где они активно выявляются и исправляются, что образует отдельную "корректирующую" ветку (2.6.xx.y).

Далее, существуют т.н. ядра майнтайнеров. Разумеется, в основе всех их - каноническое ядро, но - с патчами, ответственными за реализацию дополнительных функций, не входящих в официальное ядро. Собственно, ядра майнтайнеров и распространяются исключительно в виде патчей к основному дереву исходников ядра. Со временем большинство патчей майнтайнеров включается в состав официального ядра. Основные майнтайнерские ветки перманентно существуют параллельно канонической ветке Линуса.

Существуют проекты дополнения ядра узкоспециальными функциями, такими, как обеспечение повышенной безопасности, поддержки виртуализации и паравиртуализации, и другие. Разрабатываемые в их рамках патчи обычно не включаются в основное дерево, и они сосуществуют с ним в качестве отдельных веток.

Кроме этого, существуют еще и ядра дистрибьюторов - в комплект всех распространенных дистрибутивов, таких, как RHEL, Suse, Mandriva, Ubuntu и так далее, входят заточенные под них ядра собственной выделки (обычно в нескольких вариантах), дополняющие или подменяющие каноническое ядро. Они основаны на патчах майнтайнеров или специализированных проектов, но включают и собственные функции, обеспечивающие оптимальную работу "своего" дистрибутива.

Таким образом, перед пользователем открывается широкий выбор. С одной стороны, он может воспользоваться ядром, идущим в комплекте с его дистрибутивом по умолчанию. С другой, если дистрибутив предлагает на выбор несколько вариантов сборки ядра, пользователь может выбрать наиболее для него подходящее. С третьей же стороны, никто не запрещает ему, взяв за основу каноническое ядро, собрать собственную конфигурацию. В том числе - и дополнив его необходимыми (или желательными) функциями из патчей майнтайнеров или специализированных проектов.

-Обработка прерываний в ядре

Ядро обеспечивает обработку прерываний, если исключения и прерывания генерируются аппаратурой и программным обеспечением. Таким образом, в Windows 2000 введены средства обработки исключений (exceptions) – более высокоуровневый механизм обработки ошибок, чем сигналы в UNIX.

Исключения, которые не могут быть обработаны программно, обрабатываются диспетчером исключений ядра ОС.

Диспетчер прерываний в ядре обрабатывает прерывание либо путем вызова подпрограммы, обслуживающей прерывание (например, драйвера устройства), либо путем вызова внутренней подпрограммы ядра.

Уровни запросов на прерывания в Windows 2000 приведены в таблица 1.

Таблица 1. Уровни запросов на прерывания в Windows 2000
уровни прерываний	типы прерываний
	аппаратный контроль или ошибка шины
	отказ электропитания
	межпроцессорная нотификация (запрос к активности другого процессора, например, для диспетчеризации или обновления TLB - кэша страниц
	часы (используется для отслеживания времени
	профиль
3-26	традиционные IRQ-прерывания
	диспетчеризация или отложенный вызов процедуры (DPC) - ядро
	асинхронный вызов процедуры (АРС)
	пассивно

Ядро использует блокировщики (spin locks, буквально – вертящиеся замки), находящиеся в основной памяти, для взаимного исключения процессов.

Дата добавления: 2014-01-05